(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の内側領域及び前記第１の内側領域を囲む第１の外側領域を有する第１の面と、前記第１の面と反対側に位置する第２の面と、を含む基板と、
前記基板に配置された平面状のコイルを含む駆動コイルと、
前記第１の外側領域に配置された平面状の第１の外側コイル部と、前記第１の内側領域に配置され、前記第１の外側コイル部と接続されている平面状の第１の内側コイル部と、を含み、前記駆動コイルが駆動されると起電圧が生じる第１の差動コイルと、
前記第２の面に配置された平面状のコイルを含み、前記第１の差動コイルと接続されており、前記駆動コイルが駆動されると起電圧が生じる第２の差動コイルと、を備え、
前記第１の内側領域は、基準ラインに対して、第１の上領域と第１の下領域とに二分割されており、
前記第１の内側コイル部は、前記第１の上領域に配置されており、前記第１の下領域に配置されておらず、
前記第２の面は、第２の内側領域及び前記第２の内側領域を囲む第２の外側領域を有しており、
前記第２の差動コイルは、前記第２の外側領域に配置された平面状の第２の外側コイル部と、前記第２の内側領域に配置され、前記第２の外側コイル部と接続されている平面状の第２の内側コイル部と、を含み、
前記第２の内側領域は、前記基準ラインに対して、第２の上領域と第２の下領域とに二分割されており、
前記第２の内側コイル部は、前記第２の下領域に配置されており、前記第２の上領域に配置されていない差動トランス式磁気センサー。
【請求項２】
前記第２の内側コイル部の面積は、前記第１の内側コイル部の面積と等しい請求項１に記載の差動トランス式磁気センサー。
【請求項３】
像担持体と、
光ビームを前記像担持体に走査して前記像担持体に静電潜像を形成する露光部と、
前記像担持体にトナーを供給してトナー画像を形成する現像部と、
前記基準ラインを水平にし、かつ前記第１の上領域と前記第１の下領域とを鉛直方向で上下にした状態で、前記現像部に配置されており、前記現像部内に収容されている前記トナーの高さに応じた出力をする請求項１又は２に記載の差動トランス式磁気センサーと、を備える画像形成装置。
【請求項４】
前記現像部内に収容されている前記トナーは、磁性の１成分現像剤である請求項３に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面コイルを用いた差動トランス式磁気センサー及びこのセンサーを利用して現像部内のトナー残量を検知する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現像剤としてトナーを用いる画像形成装置では、トナーの残量や濃度の検知に磁気センサーが利用される。磁気センサーには各種方式があり、差動トランス方式の磁気センサーは、駆動コイルと、検知コイルとして機能する差動コイルと、基準コイルとして機能する差動コイルと、を同一のコアに配置した構成を有する。
【０００３】
コイルを平面コイルにすることにより、差動トランス式磁気センサーを小型化することができる。平面コイルを用いた差動トランス式磁気センサーの一例として、第１層に第１のコイル(駆動コイル)、第２層に第２のコイル(差動コイル)、第３層に第３のコイル(差動コイル)、第４層に第４のコイル(駆動コイル)を配置し、各層の間に絶縁性の基板を配置したものが提案されている(例えば、特許文献１参照)。
【０００４】
平面コイルを用いた差動トランス式磁気センサーの他の例として、絶縁性の磁性基板の一方の面に、第１のコイル(駆動コイル)と第３のコイル(差動コイル)とを並べて配置し、絶縁性の磁性基板の他方の面に、第２のコイル(駆動コイル)と第４のコイル(差動コイル)とを並べて配置したものが提案されている(例えば、特許文献２参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１６５９１０号公報
【特許文献２】特開平１０−１０４９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
差動トランス式磁気センサーを利用して、検知対象物の少量の変化を検知したい場合がある。検知対象物が磁性の１成分現像剤(以下、トナー)を例に説明する。トナーが静電潜像に供給されることにより、現像部内のトナー残量が少なくなると、現像部に新たなトナーが補給される。現像部内のトナー残量が少ないと、静電潜像に供給されるトナー量が不十分となり、画像がかすれる。一方、現像部内のトナー残量が多いと、トナーを攪拌してトナーを帯電させる際にトナーの帯電が不十分となる。いずれも画質が低下する原因となる。高画質な画像を形成するためには、トナー残量の変化の許容範囲が狭いので、現像部内のトナーの少量の変化を検知する必要がある。
【０００７】
直径が小さくかつ巻数が多い平面コイルにすれば、トナーの少量の変化を検知することが可能となる。しかし、平面コイルの場合、プリント基板にコイルのパターンを形成するので、コイルの巻数を多くすると、コイルの直径が大きくなる。コイルの直径が大きいと、トナーの少量の変化では、センサーの出力が僅かにしか変化しない。一方、コイルの直径を小さくすると、コイルの巻数が少なくなるのでセンサーの出力が小さくなる。いずれの場合もトナーの少量の変化を検知するのは困難である。
【０００８】
本発明は、検知対象物の基準量近傍で、検知対象物の少量の変化を検知できる差動トランス式磁気センサー及びこれを備える画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する本発明の一局面に係る差動トランス式磁気センサーは、第１の内側領域及び前記第１の内側領域を囲む第１の外側領域を有する第１の面と、前記第１の面と反対側に位置する第２の面と、を含む基板と、前記基板に配置された平面状のコイルを含む駆動コイルと、前記第１の外側領域に配置された平面状の第１の外側コイル部と、前記第１の内側領域に配置され、前記第１の外側コイル部と接続されている平面状の第１の内側コイル部と、を含み、前記駆動コイルが駆動されると起電圧が生じる第１の差動コイルと、前記第２の面に配置された平面状のコイルを含み、前記第１の差動コイルと接続されており、前記駆動コイルが駆動されると起電圧が生じる第２の差動コイルと、を備え、前記第１の内側領域は、基準ラインに対して、第１の上領域と第１の下領域とに二分割されており、前記第１の内側コイル部は、前記第１の上領域に配置されており、前記第１の下領域に配置されていない。
【００１０】
本発明の一局面に係る差動トランス式磁気センサーよれば、第１の内側コイル部を第１の上領域に配置し、第１の下領域に配置していない。すなわち、第１の内側コイル部は基準ラインに対して上側に配置され、下側に配置されていない。従って、実施形態で説明するように、検出対象物が基準ラインの近傍の位置にある場合に、差動トランス式磁気センサーの出力を大きく変化させることが可能となるので、検知対象物の基準量近傍で、検知対象物の少量の変化を検知することができる。
【００１１】
上記構成において、前記第２の面は、第２の内側領域及び前記第２の内側領域を囲む第２の外側領域を有しており、前記第２の差動コイルは、前記第２の外側領域に配置された平面状の第２の外側コイル部と、前記第２の内側領域に配置され、前記第２の外側コイル部と接続されている平面状の第２の内側コイル部と、を含み、前記第２の内側領域は、前記基準ラインに対して、第２の上領域と第２の下領域とに二分割されており、前記第２の内側コイル部は、前記第２の下領域に配置されており、前記第２の上領域に配置されていない。
【００１２】
この構成では、第２の内側コイル部を第２の下領域に配置、すなわち、基準ラインに対して下側に配置している。このため、第１の内側コイル部が基準ラインに対して上側に配置され、第２の内側コイル部が基準ラインに対して下側に配置された構成となる。実施形態で説明するように、この構成によれば、第１の面が検知面の場合(すなわち、検知面の内側コイル部が上領域に配置され、基準面の内側コイル部が下領域に配置されている場合)、検知対象物が基準ラインを超えた直後の位置で、検知対象物の少量の変化に対してセンサーの出力を大きく変化させることができる。一方、第２の面が検知面の場合(すなわち、検知面の内側コイル部が下領域に配置され、基準面の内側コイル部が上領域に配置されている場合)、検知対象物が基準ラインを超える直前の位置で、検知対象物の少量の変化に対してセンサー出力を大きく変化させることができる。従って、第１の面を検知面とすれば、検知対象物が基準ラインを超えた直後の位置で検知対象物の少量の変化を検知することができる。第２の面を検知面とすれば、検知対象物が基準ラインを超える直前の位置で検知対象物の少量の変化を検知することができる。なお、差動トランス式磁気センサーの出力を大きく変化させるには、第２の内側コイル部の面積を、第１の内側コイル部の面積と等しくすることが好ましい。
【００１３】
本発明の他の局面に係る画像形成装置は、像担持体と、光ビームを前記像担持体に走査して前記像担持体に静電潜像を形成する露光部と、前記像担持体にトナーを供給してトナー画像を形成する現像部と、前記基準ラインを水平にし、かつ前記第１の上領域と前記第１の下領域とを鉛直方向で上下にした状態で、前記現像部に配置されており、前記現像部内に収容されている前記トナーの高さに応じた出力をする前記差動トランス式磁気センサーと、を備える。
【００１４】
本発明の他の局面に係る画像形成装置は、本発明の一局面に係る差動トランス式磁気センサーを用いて現像部内のトナー残量を検知しているので、トナー残量の少量の変化を検知することができる。
【００１５】
上記構成において、前記現像部内に収容されている前記トナーは、磁性の１成分現像剤である。
【００１６】
現像部内の磁性の１成分現像剤の残量が、多すぎても、少なすぎても画質に影響するので、現像部内の磁性の１成分現像剤の残量の少量の変化を検知する必要がある。この構成は、現像部内の磁性の１成分現像剤の残量の検出に本発明の他の局面に係る画像形成装置を適用することにより、現像部内の磁性の１成分現像剤の残量の少量の変化を検知できるようにしている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、検知対象物の基準量近傍で、検知対象物の少量の変化を検知できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る差動トランス式磁気センサーを適用することができる画像形成装置の内部構造の概略を示す図である。
【図２】図１に示す画像形成装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態に係る差動トランス式磁気センサーの回路図の一例を示す図である。
【図４】本実施形態に係る差動トランス式磁気センサーが形成される基板の一例の基準面を示す平面図である。
【図５】本実施形態に係る差動トランス式磁気センサーが形成される基板の一例の検知面を示す平面図である。
【図６】基準面に配置された駆動コイル、差動コイル及び接続パターンのレイアウトの一例を示す平面図である。
【図７】図６に示す駆動コイル、差動コイル及び接続パターンから駆動コイルを抜き出した状態を示す平面図である。
【図８】図６に示す駆動コイル、差動コイル及び接続パターンから差動コイルを抜き出した状態を示す平面図である。
【図９】図６に示す駆動コイル、差動コイル及び接続パターンから接続パターンを抜き出した状態を示す平面図である。
【図１０】検知面に配置された駆動コイル及び差動コイルのレイアウトの一例を示す平面図である。
【図１１】図１０に示す駆動コイル及び差動コイルから駆動コイルを抜き出した状態を示す平面図である。
【図１２】図１０に示す駆動コイル及び差動コイルから差動コイルを抜き出した状態を示す平面図である。
【図１３】基準面に配置された駆動コイルの一部及び差動コイルの一部を示す斜視図である。
【図１４】検知面に配置された駆動コイルの一部及び差動コイルに一部を示す斜視図である。
【図１５】分岐線と磁力線との関係の一例を示す図である。
【図１６】図４に示す選択部領域の付近の基板を示す斜視図である。
【図１７】本実施形態に係る差動トランス式磁気センサーを現像部に配置した状態を示す図である。
【図１８】検知したいトナー残量の範囲において、差動トランス式磁気センサーの出力とトナー残量との関係を示すグラフである。
【図１９】本実施形態に係る差動トランス式磁気センサー、比較例１のセンサー及び比較例２のセンサーのそれぞれの出力と現像部内のトナー残量との関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図２０】本実施形態に係る差動トランス式磁気センサーを現像部に配置した状態を示す図である。
【図２１】本実施形態に係る差動トランス式磁気センサー、比較例３のセンサー及び比較例４のセンサーのそれぞれの出力と現像部内のトナー残量との関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る差動トランス式磁気センサーを適用することができる画像形成装置１の内部構造の概略を示す図である。画像形成装置１は例えば、コピー、プリンター、スキャナー及びファクシミリーの機能を有するデジタル複合機に適用することができる。画像形成装置１は装置本体１００、装置本体１００の上に配置された原稿読取部２００、原稿読取部２００の上に配置された原稿給送部３００及び装置本体１００の上部前面に配置された操作部４００を備える。
【００２０】
原稿給送部３００は自動原稿送り装置として機能し、原稿載置部３０１に置かれた複数枚の原稿を連続的に原稿読取部２００で読み取ることができるように送ることができる。
【００２１】
原稿読取部２００は露光ランプ等を搭載したキャリッジ２０１、ガラス等の透明部材により構成された原稿台２０３、不図示のＣＣＤ(Charge Coupled Device)センサー及び原稿読取スリット２０５を備える。原稿台２０３に載置された原稿を読み取る場合、キャリッジ２０１を原稿台２０３の長手方向に移動させながらＣＣＤセンサーにより原稿を読み取る。これに対して、原稿給送部３００から給送された原稿を読み取る場合、キャリッジ２０１を原稿読取スリット２０５と対向する位置に移動させて、原稿給送部３００から送られてきた原稿を、原稿読取スリット２０５を通してＣＣＤセンサーにより読み取る。ＣＣＤセンサーは読み取った原稿を画像データとして出力する。
【００２２】
装置本体１００は用紙貯留部１０１、画像形成部１０３及び定着部１０５を備える。用紙貯留部１０１は装置本体１００の最下部に配置されており、用紙の束を貯留することができる用紙トレイ１０７を備える。用紙トレイ１０７に貯留された用紙の束において、最上位の用紙がピックアップローラー１０９の駆動により、用紙搬送路１１１へ向けて送出される。用紙は用紙搬送路１１１を通って、画像形成部１０３へ搬送される。
【００２３】
画像形成部１０３は搬送されてきた用紙にトナー画像を形成する。画像形成部１０３は感光体ドラム１１３、露光部１１５、現像部１１７及び転写部１１９を備える。露光部１１５は画像データ(原稿読取部２００から出力された画像データ、パソコンから送信された画像データ、ファクシミリー受信の画像データ等)に対応して変調された光を生成し、一様に帯電された感光体ドラム１１３の周面に照射する。これにより、感光体ドラム１１３の周面には画像データに対応する静電潜像が形成される。この状態で感光体ドラム１１３の周面に現像部１１７からトナーを供給することにより、周面には画像データに対応するトナー画像が形成される。このトナー画像は転写部１１９によって先ほど説明した用紙貯留部１０１から搬送されてきた用紙に転写される。
【００２４】
トナー画像が転写された用紙は定着部１０５に送られる。定着部１０５において、トナー画像と用紙に熱と圧力が加えられて、トナー画像は用紙に定着される。用紙はスタックトレイ１２１又は排紙トレイ１２３に排紙される。以上のようにして、画像形成装置１はモノクロ画像を印刷する。
【００２５】
操作部４００は操作キー部４０１と表示部４０３を備える。表示部４０３はタッチパネル機能を有しており、ソフトキーを含む画面が表示される。ユーザーは画面を見ながらソフトキーを操作することによって、コピー等の機能の実行に必要な設定等をする。
【００２６】
操作キー部４０１にはハードキーからなる操作キーが設けられている。具体的にはスタートキー４０５、テンキー４０７、ストップキー４０９、リセットキー４１１、コピー、プリンター、スキャナー及びファクシミリーを切り換えるための機能切換キー４１３等が設けられている。
【００２７】
スタートキー４０５はコピー、ファクシミリー送信等の動作を開始させるキーである。テンキー４０７はコピー部数、ファクシミリー番号等の数字を入力するキーである。ストップキー４０９はコピー動作等を途中で中止させるキーである。リセットキー４１１は設定された内容を初期設定状態に戻すキーである。
【００２８】
機能切換キー４１３はコピーキー及び送信キー等を備えており、コピー機能、送信機能等を相互に切り替えるキーである。コピーキーを操作すれば、コピーの初期画面が表示部４０３に表示される。送信キーを操作すれば、ファクシミリー送信及びメール送信の初期画面が表示部４０３に表示される。
【００２９】
図２は、図１に示す画像形成装置１の構成を示すブロック図である。画像形成装置１は装置本体１００、差動トランス式磁気センサー３、トナー用コンテナー１２７、原稿読取部２００、原稿給送部３００、操作部４００、制御部５００及び通信部６００がバスによって相互に接続された構成を有する。装置本体１００、原稿読取部２００、原稿給送部３００及び操作部４００に関しては既に説明したので、説明を省略する。
【００３０】
トナー用コンテナー１２７にはトナー(磁性の１成分現像剤)が収容されており、トナー用コンテナー１２７から現像部１２１にトナーが補給される。
【００３１】
差動トランス式磁気センサー３は現像部１２１内のトナーの高さの変化を検知し、これを基にして現像部１２１内のトナー残量が計測される。差動トランス式磁気センサー３については、後で詳細に説明する。
【００３２】
制御部５００はＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)及び画像メモリ等を備える。ＣＰＵは画像形成装置１を動作させるために必要な制御を、装置本体１００等の画像形成装置１の上記構成要素に対して実行する。ＲＯＭは画像形成装置１の動作の制御に必要なソフトウェアを記憶している。ＲＡＭはソフトウェアの実行時に発生するデータの一時的な記憶及びアプリケーションソフトの記憶等に利用される。画像メモリは画像データ(原稿読取部２００から出力された画像データ、パソコンから送信された画像データ、ファクシミリー受信の画像データ等)を一時的に記憶する。
【００３３】
通信部６００はファクシミリー通信部６０１及びネットワークＩ／Ｆ部６０３を備える。ファクシミリー通信部６０１は相手先ファクシミリーとの電話回線の接続を制御するＮＣＵ(Network Control Unit)及びファクシミリー通信用の信号を変復調する変復調回路を備える。ファクシミリー通信部６０１は電話回線６０５に接続される。
【００３４】
ネットワークＩ／Ｆ部６０３はＬＡＮ(Local Area Network)６０７に接続される。ネットワークＩ／Ｆ部６０３はＬＡＮ６０７に接続されたパソコン等の端末装置との間で通信を実行するための通信インターフェイス回路である。
【００３５】
図３は、本発明の一実施形態に係る差動トランス式磁気センサー３(以下、磁気センサー３と記載する場合もある)の回路図の一例を示す図である。差動トランス式磁気センサー３は駆動コイル４、駆動コイル５、差動コイル６(第２の差動コイルの一例)、差動コイル７(第１の差動コイルの一例)、発振回路１１、増幅回路１２、抵抗１３及びコンデンサー１４を備える。
【００３６】
発振回路１１は駆動コイル４及び駆動コイル５を駆動させる高周波電流を生成する。駆動コイル４と駆動コイル５とは、直列に接続されている。駆動コイル４及び駆動コイル５に高周波電流が流れた際に、駆動コイル４で生成される磁束と駆動コイル５で生成される磁束とが同じ向きになるように、駆動コイル４の一端と駆動コイル５の一端とが接続されている。これにより、駆動コイル４で生成される磁束と駆動コイル５で生成される磁束とが打ち消し合わないようにしている。駆動コイル４の他端及び駆動コイル５の他端は、発振回路１１に接続されている。
【００３７】
差動コイル６は駆動コイル４と磁気的に結合されている。差動コイル７は駆動コイル５と磁気的に結合されている。差動コイル６と差動コイル７とは、直列に差動接続されている。これにより、差動電圧Ｖ０(＝差動コイル６の起電圧Ｖ１−差動コイル７の起電圧Ｖ２)が増幅回路１２に入力される。
【００３８】
差動コイル６の他端は抵抗１３を介して、差動コイル７の他端はコンデンサー１４を介して、増幅回路１２に接続されている。抵抗１３は増幅回路１２内のバイポーラトランジスタのベースに接続されており、増幅回路１２の増幅率の設定に用いられる。
【００３９】
コンデンサー１４は差動電圧Ｖ０のうち、直流成分をカットする機能を有する。これにより、増幅回路１２には差動電圧Ｖ０の交流成分だけが入力される。
【００４０】
抵抗１３は位置Ｐ１〜位置Ｐ５のいずれかの位置に取り付けられる。コンデンサー１４は位置Ｐ６〜位置Ｐ１０のいずれかの位置に取り付けられる。抵抗１３が取り付けられる位置を調整する箇所を、選択部１５と称する。コンデンサー１４が取り付けられる位置を調整する箇所を、選択部１６と称する。抵抗１３が取り付けられる位置及びコンデンサー１４が取り付けられる位置を調整して、磁気センサー３の差動トランスのゼロ調整をする。これについては、後で説明する。
【００４１】
磁気センサー３の動作を簡単に説明する。発振回路１１で生成された高周波電流が、駆動コイル４及び駆動コイル５に流れると、差動コイル６に起電圧Ｖ１、差動コイル７に起電圧Ｖ２が生じる。差動コイル６は基準コイルの機能を有し、差動コイル７は検知コイルの機能を有する。差動コイル７の付近に磁性トナーが存在すると、起電圧Ｖ２は起電圧Ｖ１よりも大きくなるので、差動電圧Ｖ０は０Ｖにならない。差動電圧Ｖ０を増幅回路１２で増幅し、増幅回路１２から出力された信号を用いてトナー残量が検出される。
【００４２】
次に、本実施形態に係る差動トランス式磁気センサー３の構成を詳細に説明する。図４は、磁気センサー３が形成される基板２１の一例の面３１(第２の面の一例)を示す平面図である。図５は、基板２１の一例の面４１(第１の面の一例)を示す平面図である。図５は、面３１側から透視して見た面４１を波線で示している。基板２１は絶縁性の一層のプリント基板であり、面３１と、面３１と反対側に位置する面４１と、を含む。
【００４３】
基板２１は長方形の１つの角を含む部分を切り欠いた形状を有する。基板２１は縦方向の寸法が一定の部分２１ａと、この部分２１ａと連続し、縦方向の寸法が徐々に小さくなる部分２１ｂと、この部分２１ｂと連続し、縦方向の寸法が一定の部分２１ｃと、に分けられる。部分２１ａ，２１ｂには、次に説明するように、磁気センサー３のコイル等が配置される。部分２１ｃには、磁気センサー３の各種回路(発振回路１１、増幅回路１２等)が配置される。
【００４４】
図３及び図４を参照して、面３１は内側領域３２(第２の内側領域の一例)、外側領域３３(第２の外側領域の一例)及び選択部領域３４を有する。これらの領域は基板２１の部分２１ａ，２１ｂに位置している。内側領域３２は基準ラインＬに対して、上領域３２ａ(第２の上領域の一例)と下領域３２ｂ(第２の下領域の一例)とに二分割されている。内側領域３２には差動コイル６が配置される。
【００４５】
外側領域３３は内側領域３２を囲んでいる。外側領域３３には駆動コイル４及び差動コイル６が配置される。
【００４６】
選択部領域３４は外側領域３３の一部と隣接している。選択部領域３４には磁気センサー３の差動トランスのゼロ点を調整するための選択部１５及び選択部１６が配置される。
【００４７】
図３及び図５を参照して、面４１は内側領域４２(第１の内側領域の一例)及び外側領域４３(第１の外側領域)を有する。これらの領域は基板２１の部分２１ａ，２１ｂに位置している。内側領域４２は基準ラインＬに対して、上領域４２ａ(第１の上領域の一例)と下領域４２ｂ(第１の下領域の一例)とに二分割されている。内側領域４２には差動コイル７が配置される。
【００４８】
外側領域４３は内側領域４２を囲んでいる。外側領域４３には駆動コイル５及び差動コイル７が配置される。
【００４９】
図６は、駆動コイル４、差動コイル６及び接続パターン１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇのレイアウトの一例を示す平面図である。駆動コイル４、差動コイル６及び接続パターン１０ａ〜１０ｇは、基板２１の面３１に配置されている。差動コイル６は基準コイルとして機能するので、面３１は基準面と称することができる。
【００５０】
まず、駆動コイル４から説明する。図７は、図６に示す駆動コイル４、差動コイル６及び接続パターン１０ａ〜１０ｇから駆動コイル４を抜き出した状態を示す平面図である。図４及び図７を参照して、駆動コイル４は外側領域３３に配置された平面状のコイルを含む。詳しくは、駆動コイル４は八角形状に巻かれた線材４ａにより構成され、端子４ｂを始点とし、反時計回りの方向において、八角形の寸法が徐々に大きくなるように、線材４ａがパターニングされている。
【００５１】
次に、差動コイル６を説明する。図８は、図６に示す駆動コイル４、差動コイル６及び接続パターン１０ａ〜１０ｇから差動コイル６を抜き出した状態を示す平面図である。図４及び図８を参照して、差動コイル６(第２の差動コイルの一例)は、平面状の内側コイル部６３(第２の内側コイル部の一例)と、これに接続された平面状の外側コイル部６１(第２の外側コイル部の一例)とを含み、駆動コイル４が駆動されると起電圧が生じる。
【００５２】
内側領域３２の形状は八角形である。この八角形を構成する対向する二辺の中央を、基準ラインＬが通り、内側領域３２は上領域３２ａと下領域３２ｂとに二分割されている。内側コイル部６３は下領域３２ｂに配置されており、上領域３２ａに配置されていない。内側コイル部６３は基準ラインＬ上に配置されたライン部６３ａを含む。内側コイル部６３は端子６ｂを始点とし、反時計回りの方向に下領域３２ｂの形状に沿って線材６ａをパターニングして形成されている。内側コイル部６３の形状は、下領域３２ｂの形状と同じである。
【００５３】
図４及び図８を参照して、外側コイル部６１は外側領域３３に配置されており、反時計回りの方向において、八角形の寸法が徐々に大きくなるように、線材６ａをパターニングして形成されている。図６を参照して、外側領域３３において、差動コイル６(すなわち、外側コイル部６１)は駆動コイル４と同じ向きに巻かれており、差動コイル６を構成する線材と駆動コイル４を構成する線材とが交互に配置されている。
【００５４】
差動コイル６は差動コイル６の最外周を構成する線材が分岐された５本(複数の一例)の分岐線６ｃ１，６ｃ２，６ｃ３，６ｃ４，６ｃ５を含む。分岐線６ｃ１〜６ｃ５を区別する必要がなければ、分岐線６ｃと記載する。５本の分岐線６ｃは、駆動コイル４が駆動された場合に、分岐線６ｃのそれぞれを通る磁束量が異なるように配置されている。分岐線６ｃの詳細は後で説明する。
【００５５】
図９は、図６に示す駆動コイル４、差動コイル６及び接続パターン１０ａ〜１０ｇから接続パターン１０ａ〜１０ｇを抜き出した状態を示す平面図である。接続パターン１０ａ〜１０ｇは、差動コイル７を構成する線材との接続に用いられる。接続パターン１０ａ〜１０ｇについては、差動コイル７と一緒に後で説明する。
【００５６】
図１０は、駆動コイル５及び差動コイル７のレイアウトの一例を示す平面図である。この図は図４に示す面３１側から見た図である。駆動コイル５及び差動コイル７は、基板２１の面４１に配置されている。差動コイル７は検知コイルとして機能するので、面４１は検知面と称することができる。
【００５７】
まず、駆動コイル５から説明する。図１１は、図１０に示す駆動コイル５及び差動コイル７から駆動コイル５を抜き出した状態を示す平面図である。図５及び図１１を参照して、駆動コイル５は面３１側から見て駆動コイル４と逆向きに巻かれて、外側領域４３に配置された平面状のコイルを含む。詳しくは、駆動コイル５は八角形状に巻かれた線材５ａにより構成され、端子５ｂを始点とし、時計回りの方向において、八角形の寸法が徐々に大きくなるように、線材５ａがパターニングされている。
【００５８】
駆動コイル５は駆動コイル４と接続されている。これを、図１３及び図１４で説明する。図１３は、駆動コイル４の一部及び差動コイル６の一部を示す斜視図である。駆動コイル４は一点鎖線で示されており、差動コイル６は実線で示されている。図１４は、駆動コイル５の一部及び差動コイル７に一部を示す斜視図である。駆動コイル５は二点鎖線で示されており、差動コイル７は点線で示されている。
【００５９】
接続部材５１は導電性を有しており、基板２１に形成されたスルーホール(不図示)に埋め込まれている。駆動コイル４の一端である端子４ｂと駆動コイル５の一端である端子５ｂとは、接続部材５１により接続されている。
【００６０】
次に、差動コイル７を説明する。図１２は、図１０に示す駆動コイル５及び差動コイル７から差動コイル７を抜き出した状態を示す平面図である。図５及び図１２を参照して、差動コイル７は駆動コイル５と逆向きに巻かれて、平面状の内側コイル部７３(第１の内側コイル部の一例)と、これに接続された平面状の外側コイル部７１(第１の外側コイル部の一例)とを含み、駆動コイル５が駆動されると起電圧が生じる。
【００６１】
内側領域４２の形状は八角形である。この八角形を構成する対向する二辺の中央を、基準ラインＬが通り、内側領域４２は上領域４２ａと下領域４２ｂとに二分割されている。内側コイル部７３は上領域４２ａに配置されており、下領域４２ｂに配置されていない。内側コイル部７３は基準ラインＬ上に配置されたライン部７３ａを含む。内側コイル部７３は端子７ｂを始点とし、反時計回りの方向に上領域４２ａの形状に沿って線材７ａをパターニングして形成されている。内側コイル部７３の形状は上領域４２ａの形状と同じである。内側コイル部７３の面積は、図８に示す内側コイル部６３の面積と等しい。
【００６２】
図５及び図１２を参照して、外側コイル部７１は外側領域４３に配置されており、反時計回りの方向において、八角形の寸法が徐々に大きくなるように、線材７ａをパターニングして形成されている。
【００６３】
差動コイル７は差動コイル６と接続されている。これを図１３及び図１４で説明する。接続部材５２は導電性を有しており、基板２１に形成されたスルーホール(不図示)に埋め込まれている。差動コイル６の一端である端子６ｂと差動コイル７の一端である端子７ｂとは、接続部材５２により接続されている。
【００６４】
図１２を参照して、差動コイル７は差動コイル７の最外周を構成する線材が分岐された５本(複数の一例)の分岐線７ｃ１，７ｃ２，７ｃ３，７ｃ４，７ｃ５を含む。分岐線７ｃ１〜７ｃ５を区別する必要がなければ、分岐線７ｃと記載する。５本の分岐線７ｃは、駆動コイル５が駆動された場合に、分岐線７ｃのそれぞれを通る磁束量が異なるように配置されている。分岐線７ｃの詳細は後で説明する。
【００６５】
図６及び図１０を参照して、駆動コイル４の線材の幅、駆動コイル５の線材の幅、差動コイル６の線材の幅、差動コイル７の線材の幅及び各接続パターン１０ａ〜１０ｇの幅は、例えば、０．１５ｍｍである。隣り合う線材の間隔は、例えば、０．１５ｍｍである。差動コイル６及び差動コイル７の外形寸法は、例えば２４．０ｍｍである。駆動コイル４及び駆動コイル５の外形寸法は、例えば２３．４ｍｍである。
【００６６】
磁気センサー３の精度を高めるには、差動電圧Ｖ０の出力範囲(例えば、０．２〜３．３Ｖ)で、差動電圧Ｖ０を大きく変化させる必要がある。このためには、磁気センサー３の付近に磁性体が存在しない状態で、差動コイル６により生じる起電圧Ｖ１と差動コイル７により生じる起電圧Ｖ２とが釣り合っていることが好ましい。起電圧Ｖ１と起電圧Ｖ２とが釣り合うようにするために、次のようにされている。差動コイル６のターン数と差動コイル７のターン数とを同じにし、差動コイル６のパターンと差動コイル７のパターンとが基板２１を介して可能な限り重なるように、差動コイル６が面３１に配置され、差動コイル７が面４１に配置されている。同様に、駆動コイル４のターン数と駆動コイル５のターン数とを同じにし(例えば、ターン数７)、駆動コイル４のパターンと駆動コイル５のパターンとが基板２１を介して可能な限り重なるように、駆動コイル４が面３１に配置され、駆動コイル５が面４１に配置されている。
【００６７】
図５及び図１０を参照して、外側領域４３において、差動コイル７(外側コイル部７１)を構成する線材と駆動コイル５を構成する線材とが交互に配置されている。駆動コイル５は端子５ｂを始点にし、時計回りに巻かれている。差動コイル７は端子７ｂを始点にし、反時計回りに巻かれている。差動コイル７は駆動コイル５と逆向きに巻かれているので、外側領域４３において、差動コイル７と駆動コイル５とが交差する。差動コイル７と駆動コイル５とが接触するのを防止するために、図９に示す接続パターン１０ａ〜１０ｇを利用して、差動コイル７と駆動コイル５とを立体交差させている。この立体交差について説明する。
【００６８】
図１２を参照して、差動コイル７は端子７ｂを始点にし、反時計回りに巻かれて、端子７ｄ１に至る。差動コイル７は外側領域４３において、差動コイル７の各周で線材の一部が欠落したパターンを有する。このパターンは外側領域４３において、差動コイル７の一周目が端子７ｄ２を始点とし、端子７ｄ３を終点にしており、差動コイル７の二周目が端子７ｄ４を始点とし、端子７ｄ５を終点にしており、差動コイル７の三周目が端子７ｄ６を始点とし、端子７ｄ７を終点にしており、差動コイル７の四周目が端子７ｄ８を始点とし、端子７ｄ９を終点にしており、差動コイル７の五周目が端子７ｄ１０を始点とし、端子７ｄ１１を終点にしており、差動コイル７の六周目が端子７ｄ１２を始点とし、端子７ｄ１３を終点にしており、差動コイル７の七周目が端子７ｄ１４を始点とし、５本の第２の分岐線７ｃに至る。
【００６９】
図９及び図１０を参照して、端子７ｄ１と端子７ｄ２とは、接続パターン１０ａと接続されている。端子７ｄ３と端子７ｄ４とは、接続パターン１０ｂと接続されている。端子７ｄ５と端子７ｄ６とは、接続パターン１０ｃと接続されている。端子７ｄ７と端子７ｄ８とは、接続パターン１０ｄと接続されている。端子７ｄ９と端子７ｄ１０とは、接続パターン１０ｅと接続されている。端子７ｄ１１と端子７ｄ１２とは、接続パターン１０ｆと接続されている。端子７ｄ１３と端子７ｄ１４とは、接続パターン１０ｇと接続されている。接続パターン１０ａ〜１０ｇは、差動コイル７の一部を構成する。接続パターン１０ａ〜１０ｇは、駆動コイル５を構成する線材と立体交差する位置に、外側領域３３に配置されている。
【００７０】
これらの一対の端子(例えば、端子７ｄ１と端子７ｄ２)と接続パターン１０ａ〜１０ｇとの接続には、接続部材が用いられる。図１３及び図１４を参照して、接続部材５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄは導電性を有しており、基板２１に形成されたスルーホール(不図示)に埋め込まれている。端子７ｄ１と接続パターン１０ａの一端とは、接続部材５３ａにより接続されている。接続パターン１０ａの他端と端子７ｄ２とは、接続部材５３ｂにより接続されている。端子７ｄ３と接続パターン１０ｂの一端とは、接続部材５３ｃにより接続されている。接続パターン１０ｂの他端と端子７ｄ４とは、接続部材５３ｄにより接続されている。残りの端子７ｄ５〜７ｄ１４及び残りの接続パターン１０ｃ〜１０ｇについては図示していないが、同様の方法で接続されている。以上が、差動コイル７と駆動コイル５との立体交差の説明である。
【００７１】
先ほど述べたように、図８に示す５本の分岐線６ｃは、駆動コイル４が駆動された場合に、分岐線６ｃのそれぞれを通る磁束量が異なるように配置されている。図１２に示す５本の分岐線７ｃは、駆動コイル５が駆動された場合に、分岐線７ｃのそれぞれを通る磁束量が異なるように配置されている。分岐線６ｃと分岐線７ｃとは、その配置の仕方が同様なので、分岐線６ｃを用いて説明する。
【００７２】
図６及び図８を参照して、差動コイル６及び駆動コイル４は、八角形の形状に巻き回されている。駆動コイル４の最外周において、八角形の連続する二辺に沿って、分岐線６ｃ１，６ｃ２，６ｃ３が配置されている。上記二辺のうち最初の辺に沿って、分岐線６ｃ４，６ｃ５が配置されている。分岐線６ｃ１の外側に分岐線６ｃ２が配置され、分岐線６ｃ２の外側に分岐線６ｃ３が配置され、分岐線６ｃ３の外側に分岐線６ｃ４が配置され、分岐線６ｃ４の外側に分岐線６ｃ５が配置されている。５本の分岐線６ｃの長さは、それぞれ異なり、分岐線６ｃ１が一番長く、その次が分岐線６ｃ２であり、その次が分岐線６ｃ３であり、その次が分岐線６ｃ４であり、その次が分岐線６ｃ５である。
【００７３】
上記二辺のうち最初の辺において、隣り合う分岐線６ｃ間の距離は、差動コイル６を構成する線材が５本の分岐線６ｃに分岐する前の差動コイル６の隣り合う線材間の距離より大きくされている。例えば、分岐線６ｃ１と分岐線６ｃ２との間の距離ｄは、差動コイル６の隣り合う線材間の距離Ｄより大きくされている。よって、隣り合う分岐線６ｃ間の距離を比較的大きくすることができる。これにより、駆動コイル４が駆動された場合に、５本の分岐線６ｃのそれぞれを通る磁束量が異なるようにすることができる。
【００７４】
駆動コイル４が駆動された場合、分岐線６ｃを通る磁束量は、駆動コイル４の最外周に沿って延びる分岐線６ｃの部分の長さ、及び、駆動コイル４の最外周と分岐線６ｃとの距離に影響される。駆動コイル４の最外周に沿って延びる分岐線６ｃの部分の長さが小さければ、分岐線６ｃを通る磁束量が少なくなり、上記部分の長さが大きければ、分岐線６ｃを通る磁束量が多くなる。また、駆動コイル４の最外周と分岐線６ｃとの距離が大きければ、分岐線６ｃを通る磁束量が少なくなり、上記距離が小さければ、分岐線６ｃを通る磁束量が多くなる。
【００７５】
例えば、図１５に示すように、駆動コイル４が駆動された場合に、環状の磁力線ＭＬ１，ＭＬ２，ＭＬ３，ＭＬ４が発生したとする。磁力線ＭＬ３と磁力線ＭＬ４とは同心円とする。分岐線６ｃ１は、全ての磁力線ＭＬ１〜ＭＬ４の中を通る。しかし、分岐線６ｃ２は磁力線ＭＬ２，ＭＬ４の中を通るが、磁力線ＭＬ１，ＭＬ３の中を通らない。よって、分岐線６ｃ１を通る磁束量は、分岐線６ｃ２を通る磁束量より多くなる。
【００７６】
従って、駆動コイル４が駆動された場合、分岐線６ｃ１を通る磁束量＞分岐線６ｃ２を通る磁束量＞分岐線６ｃ３を通る磁束量＞分岐線６ｃ４を通る磁束量＞分岐線６ｃ５を通る磁束量、の関係が成立する。同様の理由で、駆動コイル５が駆動された場合、分岐線７ｃ１を通る磁束量＞分岐線７ｃ２を通る磁束量＞分岐線７ｃ３を通る磁束量＞分岐線７ｃ４を通る磁束量＞分岐線７ｃ５を通る磁束量、の関係が成立する。
【００７７】
分岐線６ｃ１と分岐線７ｃ１とは、ほぼ同じ長さを有し、対向している。同様に、分岐線６ｃ２と分岐線７ｃ２とは、ほぼ同じ長さを有し、対向している。分岐線６ｃ３と分岐線７ｃ３とは、ほぼ同じ長さを有し、対向している。分岐線６ｃ４と分岐線７ｃ４とは、ほぼ同じ長さを有し、対向している。分岐線６ｃ５と分岐線７ｃ５とは、ほぼ同じ長さを有し、対向している。
【００７８】
分岐線６ｃ及び分岐線７ｃは、磁気センサー３の差動トランスのゼロ調整に使用される。これについて、図６及び図１０を参照して説明する。先ほど説明したように、駆動コイル５を構成する線材と差動コイル７を構成する線材とが接触しないように、駆動コイル５と差動コイル７とを立体交差させている。このため、外側領域４３に配置された差動コイル７のパターンを、外側領域３３に配置された差動コイル６とパターンと対称にすることができない。その結果、差動コイル６に生じる起電圧Ｖ１と差動コイル７に生じる起電圧Ｖ２との差が生じる。
【００７９】
分岐線６ｃ１と分岐線７ｃ１とを標準とする。磁気センサー３の近くに磁性体(例えば、磁性トナー)がない状態で、差動コイル６に生じる起電圧Ｖ１＞差動コイル７に生じる起電圧Ｖ２であれば、起電圧Ｖ１を小さくするために、分岐線６ｃ１の換わりに、分岐線６ｃ２〜６ｃ５のいずれかを選択する。起電圧Ｖ１を一番小さくできるのは、分岐線６ｃ５であり、その次が分岐線６ｃ４であり、その次が分岐線６ｃ３であり、その次が分岐線６ｃ２である。
【００８０】
一方、磁気センサー３の近くに磁性体がない状態で、起電圧Ｖ１＜起電圧Ｖ２であれば、起電圧Ｖ２を小さくするために、分岐線７ｃ１の換わりに、分岐線７ｃ２〜７ｃ５のいずれかを選択する。起電圧Ｖ２を一番小さくできるのは、分岐線７ｃ５であり、その次が分岐線７ｃ４であり、その次が分岐線７ｃ３であり、その次が分岐線７ｃ２である。
【００８１】
次に、５本の分岐線６ｃのいずれか一つを選択する選択部１５(図３)について説明する。図６を参照して、分岐線６ｃ１の端部は位置Ｐ１に配置され、端子６ｄ１として機能する。分岐線６ｃ２の端部は位置Ｐ２に配置され、端子６ｄ２として機能する。分岐線６ｃ３の端部は位置Ｐ３に配置され、端子６ｄ３として機能する。分岐線６ｃ４の端部は位置Ｐ４に配置され、端子６ｄ４として機能する。分岐線６ｃ５の端部は位置Ｐ５に配置され、端子６ｄ５として機能する。
【００８２】
面３１には、増幅回路１２(図３)と接続される配線８が配置されている。配線８は、５本の分岐線６ｃと接続可能にされている。配線８は、分岐線６ｃ１との接続に用いられる端子８ａ１、分岐線６ｃ２との接続に用いられる端子８ａ２、分岐線６ｃ３との接続に用いられる端子８ａ３、分岐線６ｃ４との接続に用いられる端子８ａ４、及び、分岐線６ｃ５との接続に用いられる端子８ａ５を有する。
【００８３】
５本の分岐線６ｃのいずれか一つが、図３で説明した抵抗１３を介して配線８と接続される。これについて図６及び図１６を用いて説明する。図１６は、図４に示す選択部領域３４の付近の基板２１を示す斜視図である。例えば、抵抗１３を位置Ｐ１に配置して、端子６ｄ１と端子８ａ１とを接続すると、分岐線６ｃ１が配線８と接続されることになる。すなわち、分岐線６ｃ１を選択することができる。位置Ｐ１の端子６ｄ１，８ａ１、位置Ｐ２の端子６ｄ２，８ａ２、位置Ｐ３の端子６ｄ３，８ａ３、位置Ｐ４の端子６ｄ４，８ａ４及び位置Ｐ５の端子６ｄ５，８ａ５、並びに、抵抗１３によって、選択部１５が構成される。選択部１５は、磁気センサー３の差動トランスのゼロ調整に用いられ、５本の分岐線６ｃのいずれか一つを選択できる。
【００８４】
５本の分岐線７ｃ１のいずれかを選択する選択部１６(図３)について説明する。図１０を参照して、分岐線７ｃ１の端部は端子７ｅ１として機能する。分岐線７ｃ２の端部は端子７ｅ２として機能する。分岐線７ｃ３の端部は端子７ｅ３として機能する。分岐線７ｃ４の端部は端子７ｅ４として機能する。分岐線７ｃ５の端部は端子７ｅ５として機能する。
【００８５】
面４１には、増幅回路１２(図３)と接続される配線９が配置されている。配線９は、５本の分岐線７ｃと接続可能にされている。配線９は、分岐線７ｃ１との接続に用いられる端子９ａ１、分岐線７ｃ２との接続に用いられる端子９ａ２、分岐線７ｃ３との接続に用いられる端子９ａ３、分岐線７ｃ４との接続に用いられる端子９ａ４、及び、分岐線７ｃ５との接続に用いられる端子９ａ５を有する。
【００８６】
図６に示す面３１の位置Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９，Ｐ１０のいずれかで、分岐線７ｃと配線９とが接続される。図６及び図１６を参照して、位置Ｐ６は位置Ｐ１に隣接しており、端子７ｆ１及び端子９ｂ１が配置されている。端子７ｆ１と分岐線７ｃ１の端子７ｅ１とは、接続部材５４ａにより接続されている。端子９ｂ１と配線９の端子９ａ１とは、接続部材５４ｂにより接続されている。
【００８７】
位置Ｐ７は位置Ｐ２に隣接しており、端子７ｆ２及び端子９ｂ２が配置されている。端子７ｆ２と分岐線７ｃ２の端子７ｅ２とは、接続部材５４ｃにより接続されている。端子９ｂ２と配線９の端子９ａ２とは、接続部材５４ｄにより接続されている。
【００８８】
位置Ｐ８は位置Ｐ３に隣接しており、端子７ｆ３及び端子９ｂ３が配置されている。端子７ｆ３と分岐線７ｃ３の端子７ｅ３とは、接続部材５４ｅにより接続されている。端子９ｂ３と配線９の端子９ａ３とは、接続部材５４ｆにより接続されている。
【００８９】
位置Ｐ９は位置Ｐ４に隣接しており、端子７ｆ４及び端子９ｂ４が配置されている。端子７ｆ４と分岐線７ｃ４の端子７ｅ４とは、接続部材５４ｇにより接続されている。端子９ｂ４と配線９の端子９ａ４とは、接続部材５４ｈにより接続されている。
【００９０】
位置Ｐ１０は位置Ｐ５に隣接しており、端子７ｆ５及び端子９ｂ５が配置されている。端子７ｆ５と分岐線７ｃ５の端子７ｅ５とは、接続部材５４ｉにより接続されている。端子９ｂ５と配線９の端子９ａ５とは、接続部材５４ｊにより接続されている。
【００９１】
接続部材５４ａ〜５４ｊは、基板２１に形成されたスルーホール(不図示)に埋め込まれている。
【００９２】
５本の分岐線７ｃのいずれかが、図３で説明したコンデンサー１４を介して配線９と接続される。図１６を参照して、例えば、コンデンサー１４を位置Ｐ６に配置して、端子７ｆ１と端子９ｂ１とを接続すると、分岐線７ｃ１が配線９と接続されることになる。位置Ｐ６の端子７ｆ１，９ｂ１、位置Ｐ７の端子７ｆ２，９ｂ２、位置Ｐ８の端子７ｆ３，９ｂ３、位置Ｐ９の端子７ｆ４，９ｂ４及び位置Ｐ１０の端子７ｆ５，９ｂ５並びにコンデンサー１４によって、選択部１６が構成される。選択部１６は、磁気センサー３の差動トランスのゼロ調整に用いられ、５本の分岐線７ｃのいずれか一つを選択できる。
【００９３】
本実施形態に係る差動トランス式磁気センサー３によれば、図２に示す現像部１２１内のトナー残量の少量の変化を検知できる。これについて図１７〜図１９を用いて説明する。図１７は、本実施形態に係る磁気センサー３を現像部１２１に配置した状態を示す図である。磁気センサー３は基板２１を立てた状態で現像部１２１に取り付けられる。詳しくは、磁気センサー３は基準ラインＬを水平にし、かつ上領域３２ａ,４２ａと下領域３２ｂ，４２ｂとを鉛直方向で上下にした状態で、現像部１２１に取り付けられている。トナーの検知面である面４１は、現像部１２１内のトナーと接触可能に現像部１２１内に入れられている。磁気センサー３は現像部１２１内に収容されているトナーの高さに応じた出力をし、これにより現像部１２１内のトナー残量を検知する。
【００９４】
検知したいトナー残量の範囲において、差動トランス式磁気センサーの出力とトナー残量との関係を示すグラフの傾きが大きければ、トナー残量の少しの変化について、その変化を検知できる。図１８はこれを示すグラフである。検知したいトナー残量の範囲において、実線で示すグラフは点線で示すグラフよりも傾きが大きい。グラフの傾きが大きければ、出力電圧の変化が大きいので、トナー残量の少しの変化について、その変化を検知できる。
【００９５】
図１９は、本実施形態に係る差動トランス式磁気センサー３、比較例１のセンサー及び比較例２のセンサーのそれぞれの出力と現像部１２１内のトナー残量との関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。コイル下限とは図１７に示す状態で、外側コイル部６１，７１の一番下の部分の位置を意味する。コイル上限とは外側コイル部６１，７１の一番上の部分の位置を意味する。
【００９６】
比較例１のセンサーは外側コイル部６１，７１を備えるが、内側コイル部６３，７３を備えない構成のセンサーである。比較例２のセンサーは内側コイル部６３，７３を備えるが、外側コイル部６１，７１を備えない構成のセンサーである。
【００９７】
本実施形態に係る磁気センサー３において、図１７に示すように、検知面の内側コイル部７３は基準ラインＬより上の上領域４２ａに配置され、基準面の内側コイル部６３は基準ラインＬより下の下領域３２ｂに配置される。このため、比較例１のセンサーの出力から比較例２のセンサーの出力を引いた値が、本実施形態に係る磁気センサー３の出力となる。
【００９８】
詳しく説明すると、比較例２のセンサーにおいて、トナー残量が基準ラインＬより下の状態で、基準ラインＬに近づくと、内側コイル部６３を通る磁束量が徐々に多くなり、一方、内側コイル部７３を通る磁束量は少ない状態のままである。よって、比較例２のセンサーの出力は増加する。比較例２のセンサーにおいて、トナー残量が基準ラインＬに到達し、基準ラインＬを超えて増えると、内側コイル部６３を通る磁束量は変化しないが、内側コイル部７３を通る磁束量が徐々に多くなる。よって、比較例２のセンサーの出力は減少する。
【００９９】
以上より、比較例２のセンサーの出力は、図１９に示すように、基準ラインＬで最大値となるガウス関数状の波形を示す。本実施形態に係る磁気センサー３の出力は、比較例１のセンサーの出力から比較例２のセンサーの出力を引いた値である。このため、図１９に示すように、本実施形態に係る磁気センサー３は、トナー残量が基準ラインＬより下であれば、出力の上昇が抑えられ、トナー残量が基準ラインＬを超えると、トナー残量が基準ラインＬの近傍で出力が急激に上昇する。
【０１００】
本実施形態は図１７に示すように、検知面の内側コイル部７３が上領域４２ａに配置され、基準面の内側コイル部６３が下領域３２ｂに配置されている構成に限らず、図２０に示すように、検知面の内側コイル部７３が下領域４２ｂに配置され、基準面の内側コイル部６３が上領域３２ａに配置されている構成でもよい。図２１は、図２０の構成を備える本実施形態に係る差動トランス式磁気センサー３、比較例３のセンサー及び比較例４のセンサーのそれぞれの出力と現像部１２１内のトナー残量との関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【０１０１】
比較例３のセンサーは、図２０に示す外側コイル部６１，７１を備えるが、内側コイル部６３，７３を備えない構成のセンサーである。比較例４のセンサーは、図２０に示す内側コイル部６３，７３を備えるが、外側コイル部６１，７１を備えない構成のセンサーである。
【０１０２】
図２０に示す磁気センサー３において、検知面の内側コイル部７３は基準ラインＬより下の下領域４２ｂに配置され、基準面の内側コイル部６３は基準ラインＬより上の上領域３２ａに配置される。このため、比較例３のセンサーの出力と比較例４のセンサーの出力とを足した値が、図２０に示す磁気センサー３の出力となる。
【０１０３】
詳しく説明すると、比較例４のセンサーにおいて、トナー残量が基準ラインＬより下の状態で、基準ラインＬに近づくと、内側コイル部７３を通る磁束量が徐々に多くなり、一方、内側コイル部６３を通る磁束量は少ない状態のままである。よって、比較例４のセンサーの出力は増加する。比較例４のセンサーにおいて、トナー残量が基準ラインＬに到達し、基準ラインＬを超えて増えると、内側コイル部７３を通る磁束量は変化しないが、内側コイル部６３を通る磁束量が徐々に多くなる。よって、比較例４のセンサーの出力は減少する。
【０１０４】
以上より、比較例４のセンサーの出力は、比較例２のセンサーと同様に、図２１に示すように、基準ラインＬで最大値となるガウス関数状の波形を示す。図２０に示す磁気センサー３の出力は、比較例３のセンサーの出力と比較例４のセンサーの出力とを足した値である。このため、図２１に示すように、図２０に示す磁気センサー３は、トナー残量が基準ラインＬより下であれば、トナー残量が基準ラインＬの近傍で出力が急激に上昇し、トナー残量が基準ラインＬを超えると、出力の上昇が抑えられる。
【０１０５】
以上説明したように、本実施形態によれば、図１７に示すように、検知面の内側コイル部７３が上領域４２ａに配置され、基準面の内側コイル部６３が下領域３２ｂに配置されている場合、図１９に示すように、トナーが基準ラインＬを超えた直後の位置で、トナーの少量の変化に対して磁気センサー３の出力を大きく変化させることができる。一方、図２０に示すように、検知面の内側コイル部７３が下領域４２ｂに配置され、基準面の内側コイル部６３が上領域３２ａに配置されている場合、図２１に示すように、トナーが基準ラインＬを超える直前の位置で、トナーの少量の変化に対して磁気センサー３の出力を大きく変化させることができる。
【０１０６】
従って、図１７に示す構成の場合、トナーが基準ラインＬを超えた直後の位置でトナーの少量の変化を検知することができる。図２０に示す構成の場合、トナーが基準ラインＬを超える直前の位置でトナーの少量の変化を検知することができる。
【０１０７】
このように、本実施形態によれば、現像部１２１内のトナーの高さが基準ラインＬの近傍の位置にある場合に、差動トランス式磁気センサー３の出力を大きく変化させることが可能となるので、基準ラインＬの近傍で、トナーの少量の変化を検知することができる。
【０１０８】
本実施形態の他の効果を説明する。図６、図１０、図１３及び図１４を参照して、駆動コイル４、差動コイル６、駆動コイル５及び差動コイル７を備えた差動トランスでは、駆動コイル４と差動コイル６とが同じ向きに巻かれ、駆動コイル５と差動コイル７とが逆向きに巻かれた構成となる。本実施形態では、外側領域３３(図４)において、駆動コイル４を構成する線材と差動コイル６を構成する線材とを交互に配置しているので、これらのコイルの磁気結合を大きくすることができる。また、外側領域４３(図５)において、駆動コイル５を構成する線材と差動コイル７を構成する線材とを交互に配置しているので、これらのコイルの磁気結合を大きくすることができる。
【０１０９】
駆動コイル５と差動コイル７とは、逆向きに巻かれているので、駆動コイル５を構成する線材と差動コイル７を構成する線材との交差が不可避となる。駆動コイル５と差動コイル７とが接触すると、これらのコイルの間でショートが発生する。そこで、本実施形態では、駆動コイル５を構成する線材と差動コイル７を構成する線材とを、接続パターン１０ａ〜１０ｇと第３の接続部材５３ａ〜５３ｄを用いて立体交差させている。これにより、駆動コイル５を構成する線材と差動コイル７を構成する線材とを交差させつつ、駆動コイル５と差動コイル７との接触を防いでいる。
【０１１０】
そして、本実施形態では、基板２１の面３１に駆動コイル４及び差動コイル６を配置し、面３１の反対側の面４１に駆動コイル５及び差動コイル７を配置している。このように、駆動コイル４、差動コイル６、駆動コイル５及び差動コイル７を、一枚の基板２１に配置しているので、磁気センサー３の小型化を図れる。
【０１１１】
以上説明したように、本実施形態によれば、駆動コイル４と差動コイル６との磁気結合及び駆動コイル５と差動コイル７との磁気結合を大きくし、かつ、磁気センサー３を小型化することができる。また、駆動コイル４、差動コイル６、駆動コイル５及び差動コイル７を、複数層の基板でなく、一層の基板２１に配置しているので、磁気センサー３のコストを下げることが可能となる。
【０１１２】
なお、本実施形態では、接続パターン１０ａ〜１０ｇを差動コイル７の一部にすることによって立体交差させている。すなわち、図１３に示すように、接続パターン１０ａ〜１０ｇは、第３の接続部材５３ａ〜５３ｄによって差動コイル７を構成する線材と接続されることにより、差動コイル７を構成する線材と駆動コイル５を構成する線材とを立体交差させている。しかしながら、接続パターン１０ａ〜１０ｇを駆動コイル５の一部にすることによって立体交差させてもよい。すなわち、接続パターン１０ａ〜１０ｇは、第３の接続部材５３ａ〜５３ｄによって駆動コイル５を構成する線材と接続されることにより、差動コイル７を構成する線材と駆動コイル５を構成する線材とを立体交差させるのである。
【０１１３】
本実施形態では、差動コイル６を基準コイル、差動コイル７を検知コイルとしたが、差動コイル６を検知コイル、差動コイル７を基準コイルとしてもよい。
【０１１４】
図８及び図１２を参照して、本実施形態によれば、５本の第１の分岐線６ｃは、駆動コイル４が駆動された場合に、５本の第１の分岐線６ｃのそれぞれを通る磁束量が異なるように配置されている。このため、選択部１５によって５本の第１の分岐線６ｃのいずれか一つを選択することで、差動コイル６に生じる起電圧Ｖ１の大きさを調整することができる。同様に、５本の第２の分岐線７ｃは、駆動コイル５が駆動された場合に、５本の第２の分岐線７ｃのそれぞれを通る磁束量が異なるように配置されている。このため、選択部１６によって５本の第２の分岐線７ｃのいずれか一つを選択することで、差動コイル７に生じる起電圧Ｖ２の大きさを調整することができる。以上より、本実施形態によれば、基板２１に配置された平面コイルを駆動コイル及び差動コイルとする場合に、基板２１上で磁気センサー３の差動トランスのゼロ調整することができる。
【０１１５】
本実施形態では、選択部１５及び選択部１６の両方を備える構成で説明したが、選択部１５及び選択部１６のいずれか一方を備える構成でもよい。これを、選択部１５を例に説明する。図１０に示す第２の分岐線７ｃ１〜７ｃ５は、第２の分岐線７ｃ３の１本とする。図６に示す第１の分岐線６ｃ３を基準にし、差動コイル６に生じる起電圧Ｖ１＞差動コイル７に生じる起電圧Ｖ２であれば、起電圧Ｖ１を小さくするために、第１の分岐線６ｃ３の換わりに、第１の分岐線６ｃ４，６ｃ５のいずれかを選択する。これに対して、起電圧Ｖ１＜起電圧Ｖ２であれば、起電圧Ｖ１を大きくするために、第１の分岐線６ｃ３の換わりに、第１の分岐線６ｃ１，６ｃ２のいずれかを選択する。
【０１１６】
図１６を参照して、本実施形態によれば、差動電圧Ｖ０が増幅回路１２で増幅される増幅率の設定に用いられる抵抗１３を、５本の第１の分岐線６ｃのいずれかと第１の配線８との接続に用いる接続部材にしている。差動電圧Ｖ０の直流成分をカットするコンデンサー１４を、５本の第２の分岐線７ｃのいずれかと第２の配線９との接続に用いる接続部材にしている。従って、これらの接続部材を新たに設ける必要がなくなる。なお、コンデンサー１４を、５本の第１の分岐線６ｃのいずれかと第１の配線８との接続に用いる接続部材にし、抵抗１３を、５本の第２の分岐線７ｃのいずれかと第２の配線９との接続に用いる接続部材にしてもよい。また、抵抗１３やコンデンサー１４の換わりに、基板２１の表面に実装可能なゼロオーム抵抗器を接続部材にすることもできる。また、抵抗１３、コンデンサー１４、ゼロオーム抵抗器の換わりに、機械式又は電子式スイッチを用いることもできる。この場合、第１のスイッチによって、５本の第１の分岐線６ｃのいずれかと第１の配線８とを接続できるようにし、第２のスイッチによって、５本の第２の分岐線７ｃのいずれかと第２の配線９とを接続できるようにする。
【０１１７】
図６を参照して、本実施形態によれば、選択部１５及び選択部１６を、差動コイル６(基準コイル)が配置される面３１に配置している。よって、差動コイル７(検知コイル)が配置される面４１(検知面)には、選択部１５や選択部１６のような突起物が配置されていないので、面４１と磁性体との距離を短くできる。従って、高精度な差動トランス式磁気センサーを実現することができる。
【０１１８】
なお、５本の第１の分岐線６ｃと５本の第２の分岐線７ｃのうち、ゼロ調整に用いる第１の分岐線６ｃと第２の分岐線７ｃとの組み合わせが既に分かっている場合、不要な分岐線を削除した構成でもよい。例えば、第１の分岐線６ｃ２と第２の分岐線７ｃ５との組み合わせでゼロ調整ができることが既に分かっている場合、第１の分岐線６ｃ１、６ｃ３〜６ｃ５及び第２の分岐線７ｃ１〜７ｃ４を備えない構成でもよい。この構成は、駆動コイル４が駆動された場合に差動コイル６の最外周を構成する線材(第１の分岐線６ｃ２)を通る磁束量と、駆動コイル５が駆動された場合に差動コイル７の最外周を構成する線材(第２の分岐線７ｃ５)を通る磁束量とが異なるようにされている、と表現することができる。
【０１１９】
本実施形態の変形例について説明する。図８及び図１２に示すように、本実施形態に係る磁気センサー３は、上領域４２ａに配置された内側コイル部７３と下領域３２ｂに配置された内側コイル部６３とを備えている。しかしながら、下領域３２ｂに配置された内側コイル部６３を備えていない構成でもよい。
【０１２０】
本実施形態に係る磁気センサー３は、差動コイル６と磁気結合する駆動コイル４と、差動コイル７と磁気結合する駆動コイル５とを備えている。しかしながら、駆動コイルを一つにして、その駆動コイルが差動コイル６の配置面と差動コイル７の配置面との間の面に配置した構成でもよい。
【０１２１】
本実施形態では、画像形成装置１の現像部１２１内のトナー残量を検知するセンサーを例にして、差動トランス式磁気センサー３を説明したが、本発明に係る差動トランス式磁気センサーの用途は、現像部１２１内のトナー残量の検知に限定されない。
【符号の説明】
【０１２２】
３  差動トランス式磁気センサー
４  駆動コイル
５  駆動コイル
６  差動コイル(第２の差動コイルの一例)
７  差動コイル(第１の差動コイルの一例)
２１  基板
３１  面(第２の面の一例)
３２  内側領域(第２の内側領域の一例)
３２ａ  上領域(第２の上領域の一例)
３２ｂ  下領域(第２の下領域の一例)
３３  外側領域(第２の外側領域の一例)
４１  面(第１の面の一例)
４２  内側領域(第１の内側領域の一例)
４２ａ  上領域(第１の上領域の一例)
４２ｂ  下領域(第１の下領域の一例)
４３  外側領域(第１の外側領域の一例)
６１  外側コイル部(第２の外側コイル部の一例)
６３  内側コイル部(第２の内側コイル部の一例)
７１  外側コイル部(第１の外側コイル部の一例)
７３  内側コイル部(第１の内側コイル部の一例)
１２１  現像部
Ｌ  基準ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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